Geri Dön

Dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerde gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanımı

Using link beam with perforated web section in eccentrically braced frames

PDF İndir

  1. Tez No: 828252
  2. Yazar: HALUK EMRE ALÇİÇEK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 146

Özet

Yatay yüklerin taşınmasında en etkin sistemlerden biri olan dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve (DMÇÇÇ) kavramı yirminci yüzyılın başlarında mimari kaygılar ile öne sürülmüş, bu konu hakkındaki bilimsel çalışmalar ise yirminci yüzyılın ikinci yarısında başlamıştır ve günümüzde de artarak devam etmektedir. Merkezi çaprazlı çelik çerçevelerin (MÇÇÇ) sahip olduğu rijitlik ve moment aktaran çelik çerçevelerin (MAÇÇ) sahip olduğu süneklik özelliklerini tek bir sistemde birleştirilen DMÇÇÇ sistemlerde, çapraz elemanların en az bir ucu düğüm noktasına dışmerkezlik oluşturacak şekilde bağlanmaktadır. Dışmerkez bağlanan çapraz eleman ucu ile düğüm noktası arasında kalan elemana“bağ kirişi”adı verilmektedir. Bağ kirişlerinin plastikleşmesi ile eneji sönümlenmesi öngörülen bu sistemde, yapı sünekliği ve rijitliği önemli ölçüde bağ kirişi davranışına bağlıdır. Bağ kirişi boyunun kısa olması ile kesme etkisi altında plastik şekildeğiştirmeler oluşmakta ve yapı davranışı MÇÇÇ davranışına yaklaşmaktadır. Bağ kirişi boyunun büyütülmesi durumunda ise, eğilme momentine bağlı plastik şekildeğiştirmelerin etkinliği artmakta ve yapı davranışı MAÇÇ davranışına yaklaşmaktadır. DMÇÇÇ sistemlerde enerji sönümleme mekanizmasının bağ kirişinin plastikleşmesi ile gerçekleşmesi öngörüldüğünden, doğrusal olmayan şekildeğiştimelerin bağ kirişinde oluşması gerekmektedir. Dolayısıyla yatay yükler altında bağ kirişleri plastikleşirken, bağ kirişi dışında kalan kat kirişleri, çaprazlar, kolonlar gibi çevre elemanların ve birleşimlerin tamamen elastik kalması gerekmektedir. Bu durumda çevre elemanların ve birleşimlerinin tasarımında; deprem etkisinde oluşan iç kuvvetlerin, pekleşme etkilerinin de dikkate alındığı bağ kirişinin plastikleşmesine karşı gelen iç kuvvetlerle uyumlu olacak şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Bunun için tasarımda dikkate alınacak iç kuvvetlerin elde edilmesinde, deprem etkilerinin tasarım büyütme katsayısı ile çarpılarak büyütülmesi gerektiği belirtilmiştir. Tasarım büyütme katsayısı bağ kirişinin pekleşme etkileri de dikkate alınarak hesaplanan maksimum kesme kuvveti dayanımının tasarım kesme kuvveti dayanımına oranı olarak tanımlanmaktadır. Özellikle kesme kuvveti etkisinde plastikleşen bağ kirişlerinde pekleşme katsayısının 1,5 ve üzerinde olduğu değerlendirildiğinde, tasarım büyütme katsayısı ile büyütülen deprem etkilerinin oldukça yüksek iç kuvvetlere neden olacağı ve çevre elemanlar ile birleşimlerinin tasarımını zorlaştıracağı görülmektedir. Bu çalışmada kesme kuvveti etkisinde plastikleşen bağ kirişi gövdesinde oval boşluklar açılarak bağ kirişi dayanımının ve tasarım büyütme katsayısının düşürülmesi, bu sayede çevre elemanların ve birleşimlerinin tasarımında dikkate alınacak iç kuvvetlerin küçültülmesi ve ekonomik bir tasarım yapılması öngörülmüştür. Çalışma kapsamında öncelikle izole bağ kirişleri çevrimsel yükleme altında test edilerek boşluklu bağ kirişlerinin doğrusal olmayan davranışları incelenmiş, sonrasında doğrusal olmayan davranışı belirlenen gövdesi boşluklu bağ kirişlerine sahip yapı modeli üzerinde doğrusal olmayan statik itme analizleri ile zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler gerçekleştirilerek, gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanımının yapı davranışı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Çalışmanın deney kapsamı, malzeme çekme testleri ve izole bağ kirişi çevrimsel yükleme testleri olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Bağ kirişi numunelerinin hazırlandığı IPE200 enkesitli profilin gövde ve başlık enkesit parçasından üçer adet olmak üzere toplamda altı adet kupon numune alınmış ve çekme testi uygulanarak malzeme davranışının karakteristik özellikleri belirlenmiştir. İzole bağ kirişi deneylerinde IPE200 enkesitli profilden imal edilen ve her biri 500mm uzunluğunda olan sekiz adet bağ kirişi yarı-statik tekrarlı tersinir yükleme altında test edilmiştir. İki adet boşluksuz ve 6 adet farklı boşluk yerleşimine ve geometrisine sahip bağ kirişi test sonuçları değerlendirilmiş, değerlendirme sonucunda boşluk içermeyen referans numunenin TBDY 2018'de belirtilen yeterli dönme kapasitesine (0,08rad.) ulaştığı, boşluklu numunelerden, sadece orta iki panel bölgesinde boşluk bulunan numunelerin çok zayıf performans gösterdikleri, tüm panel bölgelerinde boşluk bulunan numunelerin ise (bir tanesi hariç) 0,07rad. dönme kapasitesine ulaştıkları görülmüştür. Ayrıca pekleşme katsayılarının %10 civarında düştüğü gözlenmiştir. İzole bağ kirişleri sonlu eleman modellerinin analizlerinde referans numune, iki adet gövdesi boşluklu bağ kirişi (iki panel bölgesinde boşluk bulunan gruptan bir örnek, tüm panel bölgelerinde boşluk bulunan gruptan bir örnek) Abaqus yazılımı ile modellenerek deneysel çalışmada kullanılan yükleme protokolü altında sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Kırılma davranışını da içeren sonlu eleman modellerinin her üç örnekte de hem dönme-kesme kuvveti eğrileri açısından, hem de şekildeğiştirme formu açısından deney numunelerinin davranışlarını temsil edebildiği gözlenmiştir. Gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanımının yapı davranışı üzerine olan etkilerinin araştırılması amacıyla geliştirilen izole bağ kirişi modelleri ile yapı sistemi analitik modelleri için OpenSees yazılımından yararlanılmıştır. Bu yazılım yardımıyla bağ kirişlerinin davranışı, her iki ucunda eksenel, kesme ve eğilme davranışlarını temsil etmek üzere boyları sıfır olan üç adet yay ve her iki uç arasında bağ kirişi uzunluğu kadar rijit bir çubuk eleman tanımlanarak temsil edilebilmektedir. Bunun için her bir yayın kuvvet/eğilme momenti-şekildeğiştirme/dönme eğrileri elde edilmiştir. Her bir yayın davranış (etki-şekildeğiştirme) modeli için deneysel sonuçlar ile kuramsal esaslara dayalı olarak elde edilen rijitlik ve dayanım ifadelerinden yararlanılmıştır. İlk olarak bağ kirişi modelleme yaklaşımının doğrulanması amacıyla, bağ kirişi modellerinin analizleri sonucunda elde edilen kesme kuvveti-dönme eğrileri, deneysel çalışmadan elde edilen eğrilerle karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmada eğriler arasında yeterli düzeyde bir uyum olduğu görülmüştür. Gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanımının yapı davranışı üzerine olan etkilerinin araştırılması amacıyla, iki tanesi gövdesi boşluklu bağ kirişleri içermek üzere, üç adet dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistem esas alınmıştır. Bu çerçeve sistemler bina türü bir yapı sisteminin yatay yük taşıyıcı sistemini oluşturmaktadır. Sistemlerden biri tipik bir dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistemi olarak boyutlandırılmıştır. İkinci tip sistemde eleman enkesitleri değiştirilmeden sadece gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanılmış, diğerinde ise, gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanılmakla beraber elemanların enkesitleri yeterli güvenlik düzeyini sağlayacak şekilde güncellenmiştir. Gövdesi boşluklu bağ kirişlerinde boşluk geometrileri öngörülen tasarım esasları çerçevesinde oluşturulmuş, rijitlik ve dayanım özellikleri, Sap2000 yazılımı ile gerçeklestirilen yapısal analizlerde ve dayanım kontrollerinde dikkate alınmıştır. Tasarım hesapları sonucunda gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanılması durumunda DMÇÇÇ ağırlığının %10 oranında azaldığı görülmüştür. OpenSees yazılımı ile gerçekleştirilen doğrusal olmayan statik itme analizlerinde; yatay kuvvetler, çerçeve sistemler göçmeye ulaşana kadar birinci mod ile uyumlu tek doğrultuda artan şekilde uygulanmıştır. Analizler sonucunda çerçeve sistemlerin tepe yerdeğiştirmesi-taban kesme kuvveti eğrileri elde edilerek dayanım fazlalığı katsayısı, D değerlendirilmiştir. Buna göre tipik dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistem için 2,96 olarak bulunan dayanım fazlalığı katsayısı, gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanılması durumununda 1,91 ve 1,92 olarak bulunmuştur. Dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistemlerin göreli kat ötelemeleri ve bağ kirişi dönme açılarının değerlendirilmesi amacıyla, zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlerden yararlanılmıştır. Bu amaçla, yapı özellikleri ile uyumlu olacak şekilde onbir adet deprem ivme kaydı seçilmiş ve tasarım spektrumuna uygun olarak spektral uyuşum sağlanacak şekilde dönüştürülmüştür. Bunun için SeismoMatch yazılımından yararlanılmıştır. Dinamik analizlerden elde edilen sonuçlara göre, her üç modelde de göreli kat ötelemeleri ve bağ kirişleri dönme açılarının sınır değerleri aşmadığı, dayanım açısından incelenen çevre elemanların ise elastik düzeyde kaldığı görülmüştür.

Özet (Çeviri)

The concept of eccentrically braced steel frame (EBF) system, which is one of the most effective systems for resisting lateral loads, came up with architectural concerns at the beginning of the twentieth century, and scientific studies on this subject started in the second half of the twentieth century. The stiffness of the concentrically braced steel frame (CBF) systems and the ductility of the moment frame (MF) systems are combined in a single system in eccentrically braced frames. In eccentrically braced frame systems, at least one end of each brace members is connected to the joint in such a way as to form an eccentricity. The element between the end of the brace and the joint is called the“link beam”. In this system, seismic energy is dissipated through the yielding of a link beam under a shear, bending moment (flexural moment), or shear-moment interaction. The length of a link beam is one of the key parameters that control the yielding characteristics of the link beam. Normalized link length , which is defined by link length times the ratio between plastic shear capacity and plastic moment capacity of link beam. Links with normalized length of 1.6 are classified as short (shear) links while links with 2.6 classified as long (flexural) links. Links with normalized length of 1.6

Benzer Tezler

  1. Tez No

    213327

    Dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerde sistem katsayısı (R) ve süneklik

    System factor (R) and ductility of eccentrically braced steel frames

    DEVRİM ÖZHENDEKCİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    Deprem MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. A. ZAFER ÖZTÜRK

  2. Tez No

    439427

    Süneklik düzeyi yüksek merkezi çaprazlı çelik çerçevelerde arttırılmış deprem etkileri

    Amplified earthquake effects high level ductility concentrically braced steel frames

    ÖZKAN YENİTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Deprem MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Deprem ve Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BÜLENT AKBAŞ

  3. Tez No

    398085

    Dış merkez çaprazlı çelik çerçevelerin doğrusal olmayan davranışlarının farklı bağ kirişi teşkilleri için incelenmesi

    Investigation of nonlinear behaviour of eccentrically braced frames with different link configuration

    ABDURRAHMAN KAYGUSUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER

  4. Tez No

    779728

    Depreme dayanıklı çelik çerçevelerde hasar alan veya almayan yüksek enerji tüketen moment birleşimlerinin geliştirilmesi

    Development of damaged or non-damaged high energy dissipative moment connections in seismic resistant steel frames

    ORKUN YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERKAN BEKİROĞLU

  5. Tez No

    234188

    Çaprazlı çelik yapıların inelastik burulmalı davranışının deneysel olarak incelenmesi

    Experimental investigation of inelastic torsional response of braced steel structures

    GÜLHAN DURMUŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    İnşaat MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÇETİN YILMAZ

    YRD. DOÇ. DR. ZEKİ AY

Geri Dön